TEHNOLOGIE DE OBÅ¢INERE A UNOR BRONZURI CU ... - IMNR

TITLUL PROIECTULUI:
TEHNOLOGIE DE OBŢINERE A UNOR BRONZURI
CU PLUMB CU CARACTERISTICI TRIBOLOGICE
SUPERIOARE, PRIN ADAOS DE GRAFIT
Perioada de derulare a proiectului: decembrie 2003 – iulie 2005
PARTENERI:
INSTITUTUL DE METALE NEFEROASE ŞI RARE S.C. IMNR
– SA conducător proiect
Sediu : Comuna Pantelimon, Judetul Ilfov, B-dul Biruintei nr. 102
CP 73.594, OP 24, tel. 2.55.26.92, fax 2.50.88.70, e-mail:
imnr@imnr.ro
Obiect principal de activitate : Lucrări de cercetare, dezvoltare,
proiectare şi inginerie tehnologică, prognoză, strategie, expertiză,
studii tehnice de sistem, de fezabilitate pentru promovarea
tehnologiilor şi produselor din metalurgia neferoasă; consulting,
export-import.
director program: ing Lucia FIRESCU
INSTITUTUL DE METALE NEFEROASE ŞI RARE partener
Sediu : Comuna Pantelimon, Judetul Ilfov, B-dul Biruintei nr. 102 CP 73.594, OP 24, tel.
2.55.26.92, fax 2.50.88.70, e-mail: imnr@imnr.ro
Obiect principal de activitate : Obţinere produse din metalurgia neferoasă.

Scopul proiectului
Aplicarea invenţiei cu numărul de brevet 94714
Obiectiv general
Aplicarea tehnologiei brevetate de obţinere a unui bronz cu plumb cu caracteristici tribologice
superioare, cu conţinut de grafit
Obiective specifice
• realizarea şi omologarea tehnologiei specificată în brevet şi obţinerea unui bronz cu plumb
cu caracteristici tribologice superioare, prin adaos de grafit;
• promovarea tehnologiei brevetate pentru producerea unor semifabricate din bronz cu plumb
cu caracteristici tribologice superioare, prin adaos de grafit.
Finanţarea proiectului
• de la buget 2.200 mil. lei - 45,69 % din valoarea totală a proiectului;
• din cofinanţare 2.615 mil. lei (S.C. IMNR S.A. – Microproducţie) - 54,31 % din valoarea
totală a proiectului;
• valoarea totală a proiectului 4.815 mil. lei.
Etape de realizare ale proiectului:
Etapa I Fundamentarea tehnică a tehnologiei de obţinere a unui bronz cu plumb cu
caracteristici tribologicesuperioare prin adaos de grafit
Etapa II
Etapa
III
EtapaIV
Realizarea prototipului tehnologiei de obtinere a unui bronz cu plumb cu caracteristici
tribologice superioare, prin adaos de grafit
ANALIZA TEHNICA SI ECONOMICA A APLICARII TEHNOLOGIEI DE
OBTINERE A BRONZURILOR CU Pb CU CARACTERISTICI TRIBOLOGICE
SUPERIOARE, PRIN ADAOS DE Gr
Omologarea tehnologiei de obţinere a bronzurilor cu plumb cu caracteristici tribologice
superioare, prin adaos de grafit

Etapa I:
FUNDAMENTAREA TEHNICĂ A TEHNOLOGIEI DE
OBŢINERE A UNUI BRONZ CU PLUMB
CU CARACTERISTICI TRIBOLOGICE SUPERIOARE,
PRIN ADAOS DE GRAFIT
Termen de predare: 10.12.2003
Rezultate preconizate
• stabilirea şi omologarea unei tehnologii de obţinere a bronzurilor cu plumb cu caracteristici
tribologice superioare, prin adaos de grafit prin metoda brevetului de invenţie 94714 ;
• implementarea în (micro)producţia conducătorului de proiect a unei tehnologii de obţinere a
bronzurilor cu plumb cu caracteristici tribologice superioare, prin adaos de grafit ;
• punerea tehnologiei propuse prin proiect la dispoziţia celor interesaţi, pe bază de licenţă.
Beneficii preconizate
• ridicarea nivelului tehnic de producţie al conducătorului de proiect prin crearea condiţiilor
pentru fabricarea unor bronzuri cu plumb şi adaos de grafit , prin procedeu în stare lichidă;
• realizarea unor importante economii la utilizatorii bronzurilor de acest tip, datorită
proprietăţilor tribologice şi preţului mai scăzut decât al bronzurilor grafitate obţinute prin
tehnologia metalurgiei pulberilor.

Etapa II:
REALIZAREA PROTOTIPULUI TEHNOLOGIEI DE
OBTINERE A UNUI BRONZ CU PLUMB CU
CARACTERISTICI TRIBOLOGICE SUPERIOARE, PRIN
ADAOS DE GRAFIT
Termen de predare: 31.07.2004
Scopul etapei : Realizarea tehnologiei prototip
Obiectiv general : Realizarea prototipului tehnologiei de obţinere a unui bronz cu plumb
cu caracteristici tribologice superioare, prin adaos de grafit
Obiective specifice :
Elaborarea documentaţiei tehnice de realizare a prototipului tehnologiei de obţinere a unui
bronz cu plumb cu caracteristici tribologice superioare, prin adaos de grafit
Efectuarea experimentărilor de obţinere a unui bronz cu plumb cu caracteristici tribologice
superioare, prin adaos de grafit

Rezultate preconizate :
Documentaţia tehnică de realizare a prototipului tehnologiei de obţinere a unui bronz cu
plumb cu caracteristici tribologice superioare, prin adaos de grafit (S pecificaţia de material
pentru un bronz cu plumb şi grafit cu caracteristici tribologice superioare, Prototipul
tehnologiei conform brevetului) ;
Lotul de test pentru realizarea prototipului tehnologiei de obţinere a unui bronz cu plumb cu
caracteristici tribologice superioare, prin adaos de grafit .
Finanţarea etapei:
de la buget 599,50 mil. - 44,9 % din valoarea totală a etapei şi 11,46% din valoarea totală a
proiectului;
din cofinanţare 735,75 mil. lei (S.C. IMNR S.A. – Microproducţie) - 55,1 % din valoarea totală
a etapei şi 14.06% din valoarea totală a proiectului;
valoarea totală a etapei 1.335,25 mil. lei, - 25,52 % din valoarea totală a proiectului
DOCUMENTAŢIA TEHNICĂ DE REALIZAREA
PROTOTIPULUI TEHNOLOGIEI
Specificaţia de material bronz cu plumb şi grafit cu caracteristici tribologice
superioare
Bare cu suprafeţe fără defecte de turnare (lipsuri de material, suprapuneri, porozităţi, fisuri şi /
sau incluziuni). Aspectul în ruptură trebuie să prezinte o structură fără aglomerări de Pb sau
Gr şi fără incluziuni de zgură sau alte materiale / substanţe.
Compoziţia chimică a bronzului , (%) Conţinut de Gr , (%)
Pb Sn Ni Impurităţi Cu
20….30 2….6 2 ± 0,5 max 0,5 rest 1….5
Denumirea caracteristicii UM Valoare
Densitatea kg/dm 3 9,00 -9,25
Rezistenta la rupere la tracţiune N/mm 2 250 -280
Alungirea la rupere % 5,0 - 5,2
Duritatea Brinell
HB
85 - 95
(10/1000)

Alte caracteristici : Rezistenţă la coroziune – medie
Rezistenţă la uzură - medie
Capacitate de înglobare a grafitului - bună
Proprietăţi antifricţiune – foarte bune
Conductibilitate termică – ridicată
Prelucrabilitate prin aşchiere – foarte bună
Utilizări : lagăre pentru turbine de mare putere
lagăre care lucrează în condiţii grele (la presiuni ridicate şi viteze periferice mari) pentru la
lagăre care lucrează în condiţii slabe de lubrifiere şi la presiuni specificemari
lagăre pt. industria minieră
bucşe (mediu solicitate, cu viteze mari) pentru motoare Diesel şi deavioane.

LOTUL DE TEST PENTRU REALIZAREA
PROTOTIPULUI TEHNOLOGIEI
Ansamblul general al instalaţiei de topire-turnare
Particule din grafit acoperite cu Cu metalic
Amestec de particule din Gr şi particule
din Cu presat în pastile
Pastile presate din amestec de particule din Gr
şi particule din Cu

Macrostructura rupturii unei probe din bronz
cu Pb şi adaos de Gr (acoperit cu Cu)
Probă din bronz cu Pb şi adaos de Gr (acoperit cu C
Etapa III:

ANALIZA TEHNICA SI ECONOMICA A APLICARII
TEHNOLOGIEI DE OBTINERE A BRONZURILOR CU Pb
CU CARACTERISTICI TRIBOLOGICE SUPERIOARE,
PRIN ADAOS DE Gr
Termen de predare: 31.01.2005
Scopul etapei : Analiza tehnică şi economică a aplicării tehnologiei
de obţinere a bronzurilor cu plumb cu caracteristici tribologice
superioare, prin adaos de grafit
Obiectiv general : Realizarea tehnologiei de obţinere a unui bronz
cu plumb cu caracteristici tribologice superioare, prin adaos de
grafit
Obiective specifice :
Caracterizarea lotului de test din bronz cu plumb cu caracteristici tribologice superioare, prin
adaos de grafit
Definitivarea tehnologiei brevetate
Întocmirea unui studiu de fezabilitate asupra aplicării tehnologiei de obţinere a unui bronz cu
plumb cu caracteristici tribologice superioare, prin adaos de grafit.
Rezultate preconizate :
Tehnologia de obţinere a unui bronz cu plumb cu caracteristici tribologice superioare, prin
adaos de grafit
Studiu de fezabilitate asupra aplicării tehnologiei de obţinere a unui bronz cu plumb cu
caracteristici tribologice superioare, prin adaos de grafit.
Finanţarea etapei:
de la buget – 1.090 mil. - 44,4 % din valoarea totală a etapei şi 20,84% din valoarea totală a
proiectului;
din cofinanţare – 1.362,5 mil. lei (S.C. IMNR S.A. – Microproducţie) - 55,6 % din valoarea
totală a etapei şi 26.05% din valoarea totală a proiectului;
valoarea totală a etapei 2.452,5 mil. lei, - 46,88 % din valoarea totală a proiectului.
valoarea totală a proiectului – 5.231,096993 mil. lei.

CARACTERIZAREA LOTULUI DE TEST DIN BRONZ
CU PLUMB CU CARACTERISTICI TRIBOLOGICE
SUPERIOARE, PRIN ADAOS DE GRAFIT
1. Analiza chimică a materialului din lotul de test
2. Analiza metalografică a materialului din lotul de test
Rezultate reprezentative ale observaţiilor probelor din lotul de test
prin microscopie optică, mărire 500x

Rezultate reprezentative ale observaţiilor probelor din lotul de test
prin microscopie electronică, mărire 1.200x şi 2.000x
Se observă că:
- particulele din grafit (sub formă de plachete) şi plumbul sunt repartizate relativ omogen,
fiind bine înglobate în masa bronzului cu plumb, la limita de grăunte;
- plachetele din grafit au forme diferite, în funcţie de poziţia lor faţă de suprafaţa şlefuită a
probei;
- localizarea grafitului se face preferenţial, în regiunile interdendritice, între dendritele de
soluţie solidă Cu-a ale bronzului.
3. Caracterizarea fizico-mecanică a materialului din lotul de test

4. Încercări tehnologice aplicate materialului din lotul de test
Prelucrabilitatea lotului de test
Probe din lotul de test au fost prelucrate prin aşchiere, şpanul obţinut fiind comparat cu şpan
din alte bronzuri, cu şi fără grafit, obţinut în aceleaşi condiţii de prelucrare mecanică. Uzura
sculelor a fost mai mică la bronzurile cu Pb şi mult mai mică la bronzurile grafitate,
comparativ cu bronzurile cu staniu. De asemenea, prelucrabilitatea bronzurilor s-a îmbunătăţit
semnificativ la adăugarea lubrifianţilor solizi plumb şi grafit, observându-se o drastică
reducere a dimensiunilor aşchiilor obţinute la prelucrare.

Şpan rezultat la prelucrarea mecanică a unui bronz CuSn10-C
Şpan rezultat la prelucrarea mecanică a unui bronz CuSn5Pb9-C

Şpan rezultat la prelucrarea mecanică a unui bronz cu 25,2% Pb şi 3,1% grafit
5. Încercări tribologice aplicate materialului din lotul de test
Datele pentru determinarea rezistenţei la uzură şi a coeficientului de frecare a bronzului
grafitat din lotul de test au fost obţinute prin efectuarea unor încercări pe instalaţia ŞTIFT-
DISC prezentată în figura 8
Parametrii încercărilor tribologice au fost:
- diametrul epruvetei, ? = 10 mm;
- viteza de lucru, v = 1,83 m / s;
- forţa de încărcare (sarcina), F = 10 - 130 N;
- temperatura de lucru, 20oC.
S-a urmărit stabilirea unor interdependenţe a caracteristicilor tribologice, conform graficelor
următoare.

Se observă faptul că probele de bronz grafitat se comportă asemănător din punct de vedere
tribologic. Acest lucru se explică prin variaţia mică a conţinuturilor de elemente lubrifiante:
1,75% Pb şi 1,8%Gr din probele lotului de test care au fost analizate.
DEFINITIVAREA TEHNOLOGIEI DE OBŢINERE A UNUI
BRONZ CU PLUMB CU CARACTERISTICI TRIBOLOGICE
SUPERIOARE, PRIN ADAOS DE GRAFIT
Următoarele organigrame prezintă schematic cele două variante ale tehnologiei de obţinere a
bronzului cu Pb şi Gr pe baza brevetului OSIM nr. 94714:
- tehnologia de obţinere din materiale primare a bronzului grafitat;
- tehnologia de obţinere a bronzului grafitat prin adăugarea grafitului şi plumbului în bronzul
microaliat cu Ni elaborat anterior.

ANALIZA TEHNICĂ ŞI ECONOMICA A APLICĂRII
TEHNOLOGIEI DE OBŢINERE A BRONZURILOR CU Pb CU CARACTERISTICI

TRIBOLOGICE SUPERIOARE,
PRIN ADAOS DE Gr
În vederea stabilirii eficienţei tehnologiei brevetate pentru obţinerea unor bronzuri cu Pb cu
caracteristici tribologice superioare, prin adaos de grafit a fost întocmit un „Studiu de
fezabilitate” asupra aplicării acesteia la S.C. IMNR S.A.
Studiul prezintă Institutul de Metale Neferoase şi Rare atât din punct de vedere organizatoric
cât şi al resurselor umane şi tehnico-materiale (dotări). De asemenea, s-au evidenţiat aspecte
tehnologice specifice tehnologiilor convenţionale şi a celei brevetate de obţinere a bronzurilor
grafitate. Analiza economică a fost întocmită pe baza unor estimări a cererii de semifabricate
din bronz grafitat şi a comparării cheltuielilor necesare aplicării tehnologiei brevetate (în fază
lichidă) şi a tehnologiilor din metalurgia pulberilor (în fază solidă).
Analiza cuprinde atât estimarea recuperării cheltuielilor pentru studiile pregătitoare aplicării
rezultatelor proiectului (pentru finanţarea proiectului) cât şi a profitului obţinut în urma
producerii bronzului grafitat.
Studiul de fezabilitate asupra aplicării tehnologiei de obţinere a bronzurilor cu plumb cu
caracteristici tribologice superioare, prin adaos de grafit este prezentat ca anexă la prezentul
Raport de activitate.
PREGĂTIREA BAZEI MATERIALE NECESARE
DESFĂŞURĂRII EXPERIMENTĂRILOR DE OMOLOGARE A TEHNOLOGIEI DE
OBŢINERE A UNUI BRONZ
CU PLUMB CU CARACTERISTICI TRIBOLOGICE
SUPERIOARE, PRIN ADAOS DE GRAFIT
Pe parcursul experimentărilor în vederea obţinerii lotului de test din bronz cu Pb şi adaos de
grafit au apărut probleme tehnologice care au necesitat modificări asupra bazei materiale
utilizate.
1. Pentru scăderea nivelului vibraţiilor generate de sistemul de agitare pe parcursul operaţiilor
tehnologice care se desfăşoară în regim dinamic, a fost necesară modificarea acestuia, aşa
cum se prezintă în figură.

2. Având în vedere faptul că turnarea trebuie făcută foarte repede, a fost concepută o
platformă mobilă de turnare, care susţine suportul pentru cochile şi asigură, pe toată durata
turnării, poziţionarea corectă a ciocului de turnare faţă de pâlnia de turnare. Acţionarea
platformei mobile se face cu ajutorul unei manete, printr-un sistem de pârghii.

3. Având în vedere că la experimentări paletele agitatorului au fost deteriorate datorită acţiunii
topiturii a apărut necesitatea execuţiei altor agitatoare: cu palete duble, în două variante - cu
un rând şi două rânduri de palete. Componentele agitatoarelor (paletele şi tija-manta executate
din grafit dens) se montează pe tija-suport din titan, care se fixează pe motor. Acest sistem
asigură o manipulare uşoară şi posibilităţi de înlocuire rapidă a agitatoarelor (sau a
componentelor) deteriorate.

Perioada de derulare a proiectului
decembrie 2003 – iulie 2005
PARTICIPANŢI
Conducător de proiect
Institutul Naţional de Cercetare-Dezvoltare
pentru Metale Neferoase şi Rare IMNR -
CERCETARE
Partener
Institutul Naţional de Cercetare-Dezvoltare pentru Metale Neferoase şi Rare IMNR
- Departamentul Testare, Transfer Tehnologii şi Produse de serie Mică
Scopul etapei
Omologarea şi întocmirea documentaţiei de aplicare a tehnologiei de obţinere a bronzurilor cu
plumb cu caracteristici tribologice superioare,
prin adaos de grafit
Obiectiv general
Realizarea tehnologiei de obţinere a unui bronz cu plumb cu caracteristici tribologice
superioare, prin adaos de grafit
Obiective specifice
• Omologarea tehnologiei de obţinere a unui bronz cu plumb cu caracteristici tribologice
superioare, prin adaos de grafit

• Întocmirea documentaţiei de aplicare a tehnologiei de obţinere a unui bronz cu plumb cu
caracteristici tribologice superioare, prin adaos de grafit.
Rezultate preconizate
• Aplicarea tehnologiei de obţinere a unui bronz cu plumb cu caracteristici tribologice
superioare, prin adaos de grafit.
Finanţarea etapei
• de la buget – 54.500 lei - 44,4 % din valoarea totală a etapei şi 10,42 % din valoarea totală a
proiectului;
• din cofinanţare – 68. 125 lei (IMNR – Departamentul Testare, Transfer Tehnologii şi
Produse de serie Mică ) - 55,6 % din valoarea totală a etapei şi 13,02% din valoarea totală a
proiectului;
• valoarea totală a etapei 122.625 lei, - 23,44 % din valoarea totală a proiectului.
• valoarea totală a proiectului – 523.109,70 lei.
OMOLOGAREA
Experimentările de omologare s-au desfăşurat în Laboratorul Turnare Materiale Compozite
din INCDMNR-IMNR în prezenţa:
• IMNR Cercetare, în calitate de Conducător de proiect şi beneficiar al tehnologiei,
reprezentat de Comisia de omologare numită prin decizia nr. 12/15.06.2005
• IMNR Departament Testare, Transfer Tehnologii şi Produse de serie Mică , în calitate de
Partener la proiect şi cofinanţator , reprezentat de Comisia de omologare numită prin decizia
nr. 13/15.06.2005 .
La experimentările de omologare s-a aplicat varianta 2 a tehnologiei prezentată în etapa
anterioară, de elaborare a bronzului cu Pb şi adaos de grafit în două etape: întâi obţinerea unui
bronz aliat doar cu Ni şi alierea ulterioară cu Pb a bronzului aliat retopit şi adăugarea
grafitului în regim dinamic.
Tabelul prezintă fazele tehnologice de obţinere a bronzului grafitat prin adăugarea Pb şi Gr în
bronzul microaliat cu Ni elaborat anterior .

Pentru demonstrarea reproductibilităţii s-au elaborat 3 şarje de material, în creuzetul de grafit
al cuptorului electric al instalaţiei de elaborare-turnare a materialelor compozite. Figurile
prezintă momente semnificative ale experimentărilor de omologare.

........Adăugarea materialelor în baia lichidă........................Degazarea prin
barbotare cu gaz neutru (Ar)
Turnarea bronzului grafitat
Bronzul grafitat solidificat în formele de turnare nedezbătute

Analiza chimică a probelor din bronzul obţinut a fost efectuată prin spectrometrie optică cu un
spectrometru de emisie optică cu plasmă cuplată inductiv ICP-OES şi prin metoda umedă.
Conţinutul de grafit a fost determinat prin spectrometrie optică cu arc electric, cu aparatură
specifică. Rezultatele analizei chimice ale bronzului obţinut sunt prezentate tabelul următor .
Analiza metalografică s-a făcut pe şlifurile obţinute din probele turnate, prin prelucrare
mecanică şi şlefuire. Acestea au fost studiate prin microscopie optică şi electronică. Figurile
prezintă microstructuri reprezentative ale probelor analizate.
x 250 N+
Microstructura probei 1.1
x 250 N+

Microstructura probei 1.2
x 250 N+
Microstructura probei 2.1
x 250 N+
Microstructura probei 2.2
Au fost întocmite documentele de aplicare a tehnologiei :
• Procedura de protecţie a muncii
• Manualul de utilizare a tehnologiei